利用圖像分析儀評價饅頭品質的研究

方秀利 孫 輝 曹穎君 姜薇莉 陳 華 伊 軍 邱慶豐

（國家糧食局科學研究院1，北京 100037）

（國家糧食局標準質量中心2，北京 100037）

（華中農業大學食品科學技術學院3，武漢 430070）

（內蒙古糧油質檢中心4，內蒙古 010020）

饅頭是我國特別是北方地區的傳統主食食品之一，在我國北方地區約有70%的小麥粉、南方地區也有相當大的一部分小麥面粉用于蒸制饅頭。目前，饅頭品質評價以感官評價為主，依據的是我國行業標準 LS／T 3204—1993饅頭用小麥粉附錄［1］，感官評價是利用評定小組成員的視覺、嗅覺，味覺，觸覺和聽覺的感官來衡量食品的可接受性和感官特性，但是，感官評價往往會受到個人心理因素和生理因素的影響而造成偏差，而且評分還與評價人員的經驗、素質和個人喜好有關，這樣做顯然有很多主觀性和局限性。評價人員在評分時很難全面而準確地衡量饅頭的優劣。

隨著計算機技術的進步，圖像處理技術在發酵面食品質評價中的應用越來越廣泛。已有報道將該技術應用于焙烤制品的內部紋理結構的分析［2－4］。在小麥制品品質研究中也得到較好的應用［5］，能有效識別不同小麥粉制作的面包片圖像差異，提取面包內部瓤的氣孔特征［6］，從而對食品的內部紋理結構進行客觀的數據化的評價［7］。也有研究報道，利用圖像識別技術可有效識別面粉質量、添加劑和放置時間對面條表面狀況的影響［8－10］。何勝美［11］等發現計算機圖像分析能夠較好地反映饅頭內部結構優劣且與感官評價具有較高的一致性。

本研究利用C－Cell圖像分析儀研究其在小麥粉饅頭加工品質評價中的應用，結合感官評定結果將一些感官指標轉化成具體的、可量化分析的數字指標，使感官評價的指標客觀化，以期為小麥粉饅頭品質的評價提供新的技術手段，減少感官評價中由于主觀因素造成的誤差，提高評分的科學性和準確性。

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

小麥：本研究選取222份具有代表性的小麥樣品。小麥樣品分布全國小麥主產區10個省108個小麥品種，其中包括河北35份、河南62份、山東35份、陜西28份、新疆17份、江蘇19份、四川7份、內蒙古4份、寧夏7份和湖北8份。對照樣品采用北京古船富強粉。

全自動磨粉機：瑞士布勒公司；Swanson針式和面機和壓片機：美國National公司；恒溫恒濕箱：北京東方孚德公司；饅頭切片機：旋轉盤式無鋸齒切片機，美國Graef公司；C－Cell圖像分析儀：英國Calibre Control International Ltd.。

1.2 試驗方法

1.2.1 小麥制粉

采用AACC 26－20方法。根據籽粒硬度和水分潤麥，用布勒實驗制粉機制粉，過80目篩，出粉率在65%左右。小麥粉后熟兩周后制作饅頭。

1.2.2 饅頭制作與切片

參照GB／T 20571—2006小麥儲存品質判定規則［12］進行饅頭制作與切片。饅頭樣品在室溫冷卻2～3 h后切片，厚度約為13 mm。分別取中間的兩個饅頭片進行試驗。

1.2.3 饅頭品質評分

饅頭由5位以上經過長期培訓的品評人員進行評定，對照樣品為北京古船富強粉。感官評價按照比容20分、寬高比5分，表面色澤10分，表面結構10分，內部結構20分，彈性10分，韌性10分、黏性10分和食味5分的滿分標準進行，評價過程在15 min內完成。

1.2.4 C－Cell測試

將樣品放置在樣品盒中，啟動程序獲取圖像，利用程序中的圖像分析軟件對其進行分析。

1.2.5 數據分析方法

采用 SPSS（Statistical Product and Service Solutions）13.0統計分析軟件進行數據處理分析。

2 結果與分析

2.1 C－Cel1分析參數

利用C－Cell對饅頭片樣品進行圖像分析所可獲得氣孔信息和切片信息兩類數據。

氣孔信息包括氣孔延長度和方向、氣孔的大小。氣孔延長度是指氣孔與樣品最長的軸線相平行的長度與其垂直方向寬度的比值，一般可以用來表征氣孔的形狀。氣孔大小是表征內部紋理結構的最重要的特征參數，包括氣孔面積和體積。

切片信息包括切片的尺寸、亮度和形狀。切片的尺寸指標包括切片面積、最大高度、平均高度、寬度、寬／高及周長。切片亮度參數包括亮度和氣孔對比度。亮度是指在切片內像素的平均灰度值（0～255）。瓤部暗淡的樣品亮度值低，氣孔大或深的樣品則由于會產生較大的陰影，亮度值亦低。氣孔對比度是氣孔的平均亮度和氣孔壁的平均亮度的比值，對比度高表明氣孔淺、孔壁薄、產品光澤度好［13］。切片形狀參數是根據切片邊緣的形狀進行分析的，包括切片邊緣的凹陷、斷裂的位置和形狀以及切片四角的弧度。

2.2 C－Cell特征參數的聚類分析

由C－Cell分析測試獲得的特征參數共有34個，為了篩選出代表性的特征參數便于后續分析，先將全部特征參數采用相關系數測量技術進行層次聚類分析，各參數間的相關系數見表1，用類間平均鏈鎖法按相關系數的大小依次進行合并，首先相關系數較大的參數進行初步合并，包括：參數30與參數32，相關系數為0.918；參數24與參數27，相關系數為0.909；參數2和參數5，相關系數為0.881；參數8和參數11，相關系數為0.874；參數21和參數22，相關系數為0.8；參數7和參數10，相關系數為0.767；參數17和參數19，相關系數為0.748；參數25和參數28，相關系數為0.739；參數1和參數6，相關系數為0.734。第二步合并中包括參數33與參數30、參數32合并；參數20與參數24、參數27合并；參數3與參數2、參數5合并；參數26與參數21、參數22合并；參數18與參數17、參數19合并；參數4與參數1、參數6合并，依次類推，逐級合并至相關系數最小的參數。層次聚類結果見圖1（各數字代表的具體參數名稱見圖1）。

圖1 C－Cell特征參數的聚類圖

表1 饅頭C－Cell參數間的相關系數

由圖1可知，聚類結果將所有C－Cell參數可分為4大類，第1類包括周長、寬度、切片面積、氣孔體積、氣孔面積、孔壁厚度等13個特征參數；第2類包括高度、寬高比、凹陷等16個參數；第3類包括氣孔對比度、切片亮度、孔洞的數量和氣孔數量4個參數，第4類只包括1個特征參數。

2.3 C－Cell特征參數與感官參數的相關分析

根據聚類分析結果，選取C－Cell的11個代表性特征參數包括粗細氣孔比、氣孔對比度、切片面積、壁厚、氣孔直徑、切片亮度、平均氣孔延長、氣孔密度、粗糙氣孔體積、寬高比和周長與感官評價中的內部結構、比容、感官總分進行相關分析，結果見表2。

表2 饅頭C－Cell特征參數與饅頭感官評價的相關分析

饅頭切片尺寸（切片面積和周長）與比容、內部結構和感官總分均呈極顯著正相關。亮度參數中，切片亮度與比容、內部結構以及感官總分都呈極顯著正相關，其中與感官總分的相關性最為顯著。氣孔對比度和氣孔密度均與比容不相關，而與內部結構、感官總分呈極顯著負相關，說明氣孔對比度大，氣孔密度高饅頭內部結構評分低，進而導致感官總分降低。孔壁厚度與比容和感官總分呈極顯著正相關，與比容相關系數不是很大。氣孔直徑與比容和感官總分呈極顯著正相關，說明在一定范圍內氣孔較大有利于饅頭的感官總分的提高。粗細氣孔比與比容內部結構和感官總分呈顯著或極顯著負相關，粗糙氣孔體積與內部結構和感官總分呈顯著負相關，說明粗糙氣孔太多會降低饅頭評分。平均氣孔延長度與饅頭比容評分正相關，而與內部結構負相關，正負相關作用相抵，與感官總分不相關，說明氣孔方向對饅頭總評分幾乎無影響。高寬比主要與比容成極顯著負相關，而對內部結構和感官總分無明顯影響。

2.4 回歸分析

以饅頭感官評價的中的3個品質指標為因變量，以饅頭C－Cell特征參數切片面積（X1）、切片亮度（X2）、粗糙氣孔體積（X3）、氣孔直徑（X4）、周長（X5）、氣孔密度（X6）、壁厚（X7）、氣孔對比度（X8）、寬高比（X9）、粗細氣孔比（X10）和平均氣孔延長度（X11）為自變量，做逐步回歸，分析結果見表3。

表3 饅頭C－Cell特征參數與感官指標間的逐步回歸分析

各回歸方程的F值分別為133.255、31.108和94.950，均達到了極顯著水平，說明回歸方程有意義。C－Cell特征參數對饅頭比容感官評分作用最大，其回歸方程能解釋比容感官評分變異的79.0%；對感官總分的作用次之，其回歸方程能解釋比容評分變異的78.3%；對內部結構的感官評分較好，其回歸方程能解釋內部結構評分變異的54.1%。

3 討論

由英國Calibre Control International公司研發的C－Cell圖像分析儀是基于計算機識別技術的一種對面包和其他發酵產品進行質量控制的系統，它通過對切片產品表面的圖像進行處理和分析，得到關于樣品的形態大小、氣孔結構和特性等大量質量信息。為了便于分析，我們通過分層聚類的方法，將C－Cell測試出的34個指標聚為4類，并根據分類結果篩選出了11個具有代表性的特征參數。

C－Cell圖像分析儀不僅可以對饅頭瓤部的光澤度進行評價，還能夠以氣孔為研究對象，給出氣孔結構和數量的數據性結果。因此，根據C－Cell對饅頭切片亮度和氣孔大小的數據分析結果，可以定量分析小麥粉饅頭內部氣孔是否細膩均勻，并可用于分析各種處理或添加劑對饅頭品質的影響，也可用于分析不同小麥原料的饅頭加工品質，得到相對客觀和準確的結論［14］。孫輝等［15］研究小麥粉中的脂類對其理化特性和饅頭加工品質的影響時，利用CCell圖像分析儀對饅頭內部結構進行測試，得出脫脂處理顯著劣化了饅頭的紋理結構，使得饅頭氣孔壁變厚，氣孔變大，對饅頭的質量產生不利的影響的結論。

本研究利用222份饅頭品質的11個代表性特征參數與相應的感官評價參數之間進行了相關分析，得出C－Cell特征參數與感官評價指標之間存在一定的相關性，其中表征切片大小的參數和切片亮度與比容、內部結構以及感官總分相關性較好，都表現為極顯著或顯著正相關，即內部結構評分較高，比容較大的饅頭一般切片亮度較好，切片面積和周長較大；另外，粗細氣孔比、粗糙氣孔體積、平均氣孔延長與內部結構以及感官總分成顯著負相關，說明這幾個指標也是影響饅頭內部紋理結構細膩程度的重要因素。

將C－Cell特征參數切片面積（X1）、切片亮度（X2）、粗糙氣孔體積（X3）、氣孔直徑（X4）、周長（X5）、氣孔密度（X6）、壁厚（X7）、氣孔對比度（X8）、寬高比（X9）、粗細氣孔比（X10）和平均氣孔延長度（X11）與感官評價指標之間進行回歸分析，得到了相應的回歸方程，根據所得回歸方程可以對饅頭比容、內部結構以及感官總分進行量化評價。

［1］LS／T 3204－1993，饅頭用小麥粉［S］

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